高速公路沥青层老化后动态模量变化规律研究

文中基于京港澳高速公路湖北段,在几乎不承受车辆荷载的路肩带钻取路面芯样进行试验分析,研究路面沥青面层老化后动态模量的变化规律,并分析了老化后沥青路面结构响应的变化情况.结果表明:(1)随着老化时间的增加,沥青路面动态模量不断增大;(2)路面上面层动态模量>中面层动态模量>下面层动态模量,随路面深度方向呈下降趋势,且上面层动态模量远大于中、下面层;(3)老化造成的沥青面层动态模量增大使路面路表应力增大,路面在长期老化后更易产生表面裂缝.

基于GPR正演技术的路面反射裂缝图像解译研究

为了解决探地雷达图像的病害识别问题,基于有限元法求解三维电磁波波动方程,并编写MATLAB代码进行数值模拟,依托汉十高速路面芯样检测数据建立三维道路真实模型,并建立多种不同损伤程度、形状的反射裂缝,分析电磁波在反射裂缝不同发展阶段的传播规律。结果表明:随着反射裂缝深度的变化,探地雷达图像存在显著的差异,反射电压与裂缝深度存在一定的线性关系,通过实际电压图像可以计算路面反射裂缝的深度。研究结果为分析高速公路路面裂缝病害图像提供理论基础。

表观特性对集料表面能参数的影响及预测模型研究

通过对比密实粉末状及颗粒状集料的表面能参数,明确表观特性对集料表面能参数会造成差异性影响.采用灰色关联分析法,分析三项表观特性指标对集料表面能参数的影响程度.结果表明:棱角性、表面纹理以及球度这三项表观特性指标对集料表面能的影响程度依次降低.基于集料表观特性指标和粉末状集料表面能提出了颗粒状集料表面能参数的预测模型.

基于表面能理论的再生集料与沥青黏附性影响研究

文中通过测试再生集料和新集料的表观特性和表面能参数,明确再生集料和新集料表面能不同的根本原因是表观特性指标.基于表面能理论量化再生沥青混合料的抗水损害能力,计算7种不同再生集料掺配比例的沥青-集料匹配性指标ER值并通过水稳定性试验验证其可靠性,结合经济成本,确定再生集料的最佳掺配比例为20%.

基于表面能理论光纤埋设对沥青混合料黏附性能影响研究

文中提出基于光纤埋设体积比的光纤封装材料与沥青混合料黏附性能匹配性指标.通过对比不同种类光纤封装材料的表面能参数,确定导致沥青路面在光纤长期埋设处产生水损害问题的原因是封装材料表面能参数所表征材料的物理、化学特性.通过对光纤封装材料进行耐高温、强度及黏附性试验,进行了光纤封装材料优选.同时,基于表面能理论提出考虑光纤埋设体积比的匹配性指标ER 2值,并通过不同光纤埋设体积比的沥青混合料浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验验证改进后的ER 2值的可靠度.

不同RAP掺量下热再生沥青混合料性能衰变规律

本文采用自主研发的全寿命分析仪对沥青混合料分别进行0、4、8、12个月的模拟老化,采用冻融劈裂试验、动态蠕变试验和半圆弯曲试验,研究不同RAP掺量下热再生沥青混合料长期老化后各项性能的衰变规律.结果表明:在12个月模拟老化后,RAP掺量为30%时沥青混合料的流变次数达到最大,RAP掺量的提高使得TSR衰减幅度变大且断裂能下降.50%RAP掺量时再生料TSR衰减幅度比新拌料大7.9%,流变次数和断裂能较新拌料分别减少38.6%和61.7%.长期老化作用下RAP掺量对沥青混合料疲劳寿命衰减的影响不明显,但会降低其应力敏感性.

冷补沥青的材料设计及其混合料性能研究

为研究溶剂型冷补沥青混合料的性能,以冷补液组成材料为变量,分别研究了冷补液的旋转黏度、黏附性与挥发性,提出了技术要求,并确定了其合成工艺和各组分的最佳掺量;然后对比研究了两种级配冷补料的强度,分别研究了矿粉和稀释剂掺量对冷补料的施工和易性与强度的影响规律;最后验证了经验公式预估沥青用量的有效性,并确定了最佳有效沥青用量.结果表明,稀释剂对冷补液的黏度影响最大,各组分掺量与冷补液黏度具有较好的数学关系,抗剥落剂与树脂能够有效提高冷补液黏附性与沥青膜厚度,但过高掺量不利于拌和;研发的新型冷补液各组分质量比为基质沥青∶柴油∶N1∶K2=100∶24∶5∶0.5,冷补料的级配采用LP-10,有效沥青用量为6%,矿粉用量为4%,以此制备的冷补料具有优良的初始强度、成型强度,以及低温施工和易性.

基于级配设计的沥青混合料动态模量预测模型研究

为了建立能够考虑沥青混合料微观结构及集料级配设计的混合料动态模量预测模型,基于复合材料微观力学理论,将沥青混合料视为由无数个裹覆有沥青膜的球形集料和空隙组成的微小颗粒单元构成.通过每一个微小单元中集料、沥青,以及空隙三组分的材料性质与体积参数,建立以级配设计为基础的沥青混合料三相微观力学模型,对混合料动态模量进行预测.结合组成材料性能以及混合料结构设计研究,应用模型预测求解得到各温度各频率下沥青混合料的动态模量,并利用室内测试值验证模型预测的准确性.结果表明,模型预测值与室内试验结果基本一致,说明该模型能够充分考虑各组分在混合料中所起到的力学作用,能够通过材料参数有效预测混合料的动态模量.

隧道临界稳定断面确定方法及应用

文中提出一种基于参数化建模和强度折减法的隧道临界稳定断面确定方法.通过定义数值模型的关键点坐标,实现了基于FLAC3D的多心圆断面隧道参数化建模.定义一个尺寸调整系数,为强度折减计算得到的安全系数和安全系数目标值的比值.当尺寸调整系数大于1时,说明计算安全系数大于目标安全系数,隧道开挖断面小于临界稳定断面,可将隧道几何尺寸乘以尺寸调整系数,使得隧道开挖断面等比例扩大;反之,则说明隧道开挖断面大于临界稳定断面,将隧道几何尺寸乘以尺寸调整系数,使得隧道开挖断面等比例缩小.通过FLAC3D内置的FISH语言编程,根据尺寸调整系数,对隧道开挖断面进行等比例调整,直至尺寸调整系数等于1,迭代终止,得到最终临界稳定断面.

集料与填料比表面积对其表面能参数的影响研究

沥青混合料水损害引起的开裂包括内聚开裂与黏附开裂,两种开裂规律差异明显是导致水损害机制不明确的主要原因之一.文中通过对比集料与填料表面能参数、表观特性的差异,确定导致内聚开裂和黏附开裂不同的根本原因是表面能参数.同时,基于表面能理论提出考虑比表面积的匹配性指标ER_(2)值,并通过两种级配沥青混合料浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验验证改进后ER2值指标的可靠性.

基于多孔钢渣的沥青混合料设计与路用性能研究

为了促进多孔钢渣作为沥青路面材料的使用,对钢渣基本性质进行分析.结果表明,钢渣吸水率是石灰岩的近4倍,证明钢渣孔隙较多.采用钢渣作为粗集料,石灰岩为细集料来制备AC-20钢渣沥青混合料.通过与石灰岩沥青混合料制备方法对比,考虑钢渣与石料密度差异的影响.优化钢渣沥青混合料的级配设计,分析其最佳沥青用量.通过试验分析AC-20钢渣沥青混合料路用性能,结果表明,钢渣沥青混合料的高温稳定性与水稳定性能都优于石灰岩沥青混合料,其膨胀性能也满足规范要求.

GA-10沥青混合料动态模量及预估模型的验证研究

为了探索浇注式沥青混合料的动态模量规律及预估模型对其动态模量预估的适用性,采用MTS测试了GA-10在单轴拉伸状态下四个温度、六个频率的动态模量,并利用动态剪切流变仪对聚合物复合改性沥青进行了对应温度和频率下的动态剪切模量试验;用实测数据对Bari&Witczak模型和Hirsch模型的适用性进行了验证.结果表明,用Bari&Witczak模型预估的动态模量值偏大,Hirsch模型预估的动态模量值偏小,对沥青参数修正后的Bari&Witczak模型可很好的预测浇注式沥青混合料的动态模量.

基于表面能理论的温拌抑烟阻燃改性沥青混合料水稳定性能研究

沥青中加入温拌剂和抑烟阻燃剂可以达到降低拌和温度、抑烟阻燃的目的,从而满足隧道沥青的要求.但加入添加剂会影响沥青混合料的路用性能,尤其是水稳定性能.为了选择合适的添加剂,保证或提升沥青混合料水稳定性能,对七种掺加不同温拌剂和抑烟阻燃剂的SBS改性沥青及辉绿岩集料进行表面能测试,基于表面能理论计算沥青-集料匹配性指标,分析得出掺加0.7%LQ 1102温拌剂和14%AP 428抑烟阻燃剂的SBS改性沥青与集料间黏附性最佳.由此制备的沥青混合料水稳定性最好,与未掺添加剂的沥青方案相比,其匹配性指标分别提高了24.5%和24.8%.通过沥青混合料宏观水稳定性试验验证了表面能方法的可靠性,且匹配性指标与宏观水稳定性指标之间存在良好的相关性.

沥青混合料介电特性与沥青含量研究

为建立探地雷达检测沥青含量方法,进行不同油石比的沥青混合料介电常数测试实验.根据矿料及沥青介电常数等参数,采用Rayleigh模型推导混合料沥青含量计算公式.结果表明,不同沥青含量的混合料介电常数不相同,且其介电常数随沥青含量的增大而减小;采用Rayleigh模型推导的沥青含量公式计算结果与室内合成混合料燃烧法测定结果平均误差在4%以内,精度较高,满足室内测定的要求;而在实际工程验证中,虽然计算结果与实际路面钻芯取样燃烧法测定结果相差较大,但为检测道路摊铺均匀性等方面提供理论基础.

基于MSCR试验的沥青高温性能研究与花岗片麻岩沥青混合料高温性能预测

传统车辙试验在评价沥青混合料高温性能时耗时较长,过程繁琐.文中通过MSCR试验对沥青进行检测,以不可恢复蠕变柔量J nr评价沥青的高温性能,然后通过车辙试验检测对应花岗片麻岩沥青混合料的高温性能,建立沥青高温性能与沥青混合料高温性能的联系,从而达到利用沥青高温性能预测沥青混合料高温性能的目的.试验结果表明:沥青高温性能与对应沥青混合料高温性能具有良好的相关性,可以通过沥青的高温性能预测沥青混合料的高温性能,藉此优选沥青.

钢渣残留含水率对其沥青混合料水稳定性影响研究

针对钢渣孔隙分布丰富、吸水率与常规石料相比较大的问题,通过设计试验测量钢渣在160℃下的残留含水率大小,分析残留含水率随时间的变化规律.并采用不同含水率的钢渣作为粗细集料成型钢渣沥青混合料试件.通过浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验评价其水稳定性,建立钢渣残留含水率与其混合料水稳定性的关系,结果表明,随着钢渣的残留含水率的增大,沥青混合料的水稳定性呈现降低的趋势.

基于GPR三维正演技术的路面空洞含水率研究

目前,沥青路面早期水损害的问题随着高速公路的飞速发展显得尤其突出,在不同损伤阶段采取合适的养护措施十分重要,而判断其损伤程度的方法就是测量其内部的含水率。因此,为准确测量典型道路含水空洞病害的含水率,对汉十高速公路路面各结构层厚度信息进行收集,采用瑞利(Rayleigh)模型计算各层的相对介电常数,构建不同含水率条件下的道路空洞病害三维模型,从而建立含水空洞病害含水率与雷达反射波形的数学关联。结果表明,路面含水空洞的含水率与反射波幅呈线性关系,且可以通过反射波幅来反算含水率。该数值关系可以对已识别的道路含水空洞病害进行精细化分析,测定道路含水空洞病害的含水率,同时为道路结构无损检测与道路GPR正演技术的应用提供参考依据。

酸性安山岩集料黏附性能改善研究

相较于碱性石料,作为酸性集料的安山岩与沥青黏附性较差,直接用于路面铺筑将严重影响沥青路面的使用寿命和路用性能.通过在安山岩沥青混合料掺加改性剂,提高混合料中安山岩与沥青的黏附性,满足路用性能要求.为了研究酸性安山岩集料中抗剥落剂的最佳掺量,基于表面能原理,采用插板法和蒸汽吸附法测量SBS改性沥青和酸性安山岩集料的表面能参数,计算沥青与集料表面能黏附性指标ER值,确定添加的抗剥落剂最佳掺量为0.4%;通过沥青混合料宏观水稳定性试验发现抗剥落剂掺量0.4%时,浸水残留稳定度比和冻融劈裂强度比达到最大,从而验证了ER值指标的可靠性,并建立ER值与水稳定性指标的联系.

基于净吸附试验的沥青-集料黏附性量化研究

为提高沥青混合料抵抗水损害性能的能力,需准确评价沥青与集料之间的黏附性能。净吸附试验是一种可以定量评价沥青与集料之间的黏附性的试验方法。但目前在波长选取时常采用经验值,导致试验结果出现偏差。通过测试多种波长下的吸光度,确定出最佳试验波长。然后采用最佳试验波长进行2种集料与4种沥青的净吸附试验,判断不同沥青-集料组合的黏附性。最后将净吸附试验结果与水煮法试验结果对比,验证该方法的合理性和可行性。研究表明:最佳试验波长为340 nm;净吸附试验是一种合理可行的定量评价沥青-集料黏附性的试验方法。

基于弯沉盆几何形态指标的沥青路面裂缝病害定量表征研究

文中通过开展不同形式裂缝病害路段的代表弯沉盆指标计算,构建裂缝类病害在路面内部的量化指标,进而提出一种基于弯沉盆几何形态指标的裂缝病害定量表征方法,并结合依托工程进行了验证分析.结果表明:横向裂缝路段的Q_(r1)指标均位于1.4~2.1,Q_(d1)指标都大于50μm,而纵向裂缝的Q_(r1)指标均位于1.2~1.4,Q_(d1)指标相对较小,处于20~40μm;整体上,横纵向裂缝路段的Q_(r1)大致以1.4为界.因此,可采用Q_(r1)、Q_(d1)来定量表征横纵向裂缝病害的分布特征.